Все о сажевом фильтре дизеля: что это, признаки засоренности, как прожечь и как удалить

Что такое сажевый фильтр на дизеле

В процессе работы дизельного двигателя соответствующее топливо сгорает не полностью, образуя твердые частицы в диапазоне размеров между 10 нм и 1 мкм. Твердые частицы сажи относятся к загрязнителям 3-го класса опасности.
При контакте с человеческим организмом они провоцируют обострение респираторных заболеваний и рак кожи, а в окружающей среде нарушают климатические условия. Так, дожди по выходным дням в больших городах происходят, в частности, из-за того, что капли воды в атмосфере образуются вокруг сажевых частиц.
Наличие сажевого фильтра сокращает содержание твердых частиц в выхлопе на 80-90%. Однако за такой результат приходится платить технологической сложностью и высокой стоимостью системы. Рассмотрим её конструкцию и принцип работы ближе.

Виды сажевых фильтров

Для регенерации сажи разработали фильтры 2 видов.

Сажевик с каталитическим покрытием

Устройство ставят рядом с мотором. На входе должна создаваться высокая температура. В этом элементе есть керамическая матрица, состоящая из множества небольших каналов, которые устроены так, что через один ряд торцы или открыты, или закрыты для принятия отработанных газов. Пористые стенки создают фильтрующий эффект. Проходя через них, сажа оседает, затем подвергается окислению катализатором.

Частицы сажи — твердое вещество, постепенно накапливающееся в фильтре. Поэтому фильтр нужно периодически чистить. Регенерация бывает пассивной и активной. При пассивной регенерации находящиеся в саже вредные вещества после контакта с кислородом преобразуются в безопасную углекислоту. Активная регенерация — сложный процесс, за ним следят сразу два датчика.

Автоматический сажевик

Он размещен за каталитическим нейтрализатором. Применение присадок позволяет увеличить температуру выхлопа до максимума, в результате сажа нейтрализуется. Датчики срабатывают, как только фильтр заполняется сажевыми отложениями. Матрица изготовлена из материала, способного долгое время выдерживать повышенные температур.

Где находится сажевый фильтр?

Сажевый фильтр на дизеле стоит в трубе выхлопа газов. Из-за особенностей конструкции деталь могут ставить за выпускной коллектор. Температура выхлопа там на максимальном уровне, поэтому устройство имеет специальное покрытие и соединено с катализатором.

Также оно может располагаться между глушителем и катализатором.

Как устроен сажевый фильтр

Существует несколько типов фильтрующих систем:

• DPF (Diesel Particulate Filter)
• FAP (Filter a Particules)
• RPF (RussPartikelFilter)

Они обладают некоторыми отличиями принципов работы. Так, системы FAP и RPF требуют использования специальных топливных присадок, которые связывают твердые частицы. С этим обстоятельством связана более сложная конструкция (наличие бачка для присадки) и, соответственно, повышенная стоимость эксплуатации ввиду необходимости восполнения присадки. Фильтры DPF не нуждаются в применении присадок.
Усредненная конструкция сажевого фильтра включает в себя:

• ЭБУ (электронный блок управления).
• Подключенные к нему датчики давления и температуры на входе и выходе фильтра.
• Блок катализатора.
• Собственно металлокерамический фильтр.

Модели, предназначенные для использования топливных присадок, также снабжаются бачком для хранения используемой жидкости и форсунками для её впрыска в топливный бак или в пространство между катализатором и фильтром.
Катализатор и фильтр, как правило, снабжаются сообщающимися корпусами. Некоторые модели используют специальный сажевый фильтр с каталитическим покрытием, что исключает необходимость в отдельном блоке катализатора.

Принцип работы сажевого фильтра

Из двигателя выхлопные газы поступают в выпускную систему, проходит через ячеистый катализатор и попадает в сажевый фильтр. В металлическом корпусе этого элемента конструкции размещена керамическая фильтрующая структура с множеством глухих канальцев, крипт.
На их стенках и оседают частицы сажи, а остальные компоненты в газообразном состоянии продолжают путь по выпускной системе, проходя через материал фильтра путем диффузии. Это основной режим работы – фильтрация.
Регенерация сажевого фильтра
В процессе эксплуатации крипты фильтра быстро забиваются сажей. Менять его каждые 600 – 2000 км пробега было бы нецелесообразно, поэтому в фильтрах предусмотрены циклы регенерации.
ЭБУ считывает показатели дифференциального давления и/или температуры на входе и выходе узла выпускной системы. Когда разница показателей достигает определенного уровня, система «понимает», что фильтр забит, и активирует процесс регенерации. Процесс регенерации возможен только в определенных условиях: необходимая температура двигателя (не менее 800С), скорость (не менее 80 км/ч), время (от 2 до 15 минут). Если такие условия не возникают, процесс, так называемой, спонтанной регенерации невозможен. Именно поэтому фильтры авто, которые перемещаются преимущественно в черте города, забивается быстрее.
Регенерация фильтра заключается в выжигании накопившейся сажи. В зависимости от модели это происходит при помощи электрического нагревательного элемента или путем впрыска определенных порций топлива в выпускную систему. Во время регенерации фильтр разогревается до значительной температуры (7000С и более), поэтому и возможен только в указанных выше условиях.
Существует процедура принудительной регенерации, которая выполняется на специальных стендах в сервисных центрах, но ввиду значительных температур прибегать к ней опасно и не многие СЦ готовы пойти на это. Нужно отметить, что промывка фильтров не является альтернативой регенерации. Если штатная спонтанная регенерация уже не способна избавить от осевшей сажи, значит, пора менять или удалять фильтр.

Что делать при обнаружении симптомов забитого сажевого фильтра на легковом дизеле любой модели

На интуитивном уровне цель ясна – избавиться от скоплений сажи. Наиболее простой метод – выжечь пассивным, активным или принудительным путем, чтобы углеродные частицы преобразовались в диоксид углерода (углекислый газ), который беспрепятственно выйдет в атмосферу. Техническое наименование процесса – регенерация.

Пассивный прожиг

Получасовая загородная поездка на одной передаче с постоянными оборотами, но не ниже 2 500 об/мин, снижает балласт твердых частиц на внушительный процент. С ростом оборотов коленвала в фильтре повышается температура отработанных газов до 350-500°C, что позволяет вступить диоксиду азота в реакцию с сажей и получить диоксид углерода. Отсутствие резких ускорений снижает процент недожженного топлива – основной причины образования углеродных элементов.

Вообще говоря, дизелям в особенности противопоказан прогрев на холостых и движение на низких оборотах. Поэтому, любителям городских покатушек совет один: разбавить список короткометражных маршрутов длинными участками, на которых беспрепятственно можно совершать пассивный прожиг. 2-3-х выездов за город в неделю вполне достаточно. Рекомендуемая скорость: 70-80 км/ч.

Внимание. Пассивный прожиг полезен для сажевиков, совмещенных с нейтрализатором (DPF): путь до него, и выхлопные газы не успевают остыть. Если система основана на применении присадок (FAP), то фильтрующий узел расположен далеко от камеры сгорания и нагреться исключительно от отработавшей газовой смеси не успевает, поэтому выжигание естественным образом не происходит.

Активная регенерация

Приставка Active присвоена процессу из-за вмешательства искусственного интеллекта в режим работы систем двигателя с целью повысить температуру выхлопных газов в сажевике до 600-650°C. ЭБУ запускает активный прожиг сажевого фильтра на дизеле после достижения определенного уровня наполненности его твердыми частицами. Это может быть 30-40 грамм – у каждого автомобиля порог свой.

Если ЭБУ подметил допустимую базовую температуру отработавшей газовой смеси (не менее 250°C), прогретый мотор (не менее 60-75°C) и заметно наполненный топливный бак (более 1/4), то регенерация запускается. На время ее активации (последующие 10-30 минут), электроника меняет тон функционирования мотора:

• Глушится клапан EGR, перепускающий часть газов из выпуска на впуск. Отсутствие отработавшей газовой смеси при наполнении цилиндров способствует повышению температуры сгорания в котлах.
• Активируется послевпрыск. Распыление дополнительной порции ДТ после основного цикла (такт расширения) обеспечивает догорание солярки в сажевике, благодаря низкой температуре ее самовоспламенения (62°C).
• Изменяется геометрия расположения сопловых лопаток турбины турбокомпрессора. Минимизация расширения выхлопных газов уменьшает долю энергии, расходуемой на механическое раскручивание колеса центробежного аппарата, что способствует сохранению тепла отработавшей газовой смеси.

К сведению. Образование углекислого газа при прожиге активным способом происходит вследствие реакции между сажей и кислородом.

О запуске прожига бортовая электроника никак не оповещает. Признаки прохождения активной регенерации считываются по показаниям иных приборов и характеру работы двигателя:

• Мгновенно растет температура антифриза. Часто водитель не замечает этого и ищет, в чем же причина срабатывания вентилятора охлаждения мотора на холодную , хотя ОЖ уже давно горячая. На BMW 525D E60 показания с положенных 92°C увеличиваются до 97°C.
• Увеличивается расход топлива из-за послевпрыска. Заметить факт роста на некоторых машинах, в частности на Пежо, невозможно – бортовой компьютер намеренно занижает привычный расход на время проведения процесса.
• Растет температура масла. Например, у Peugeot 407 в режиме прожига она достигает 116°C при нормальных 90-95°C.
• Возникает цоканье раскаленного металла, которое отчетливо слышно снаружи.
• На «холостых» меняется звук мотора на характерный басовитый.
• Из глушителя идет густой белый дым.

Оптимальные условия для успешного проведения операции: равномерное движение со скоростью 50-60 км/ч и частота вращения коленвала около 2 000 об/мин по тахометру. Электроника в состоянии выявить симптомы забитого сажевого фильтра на легковом дизеле, но оценить, где движется автомобиль, она не может. Посему команда на проведение регенерации может быть подана даже в городе.

В совокупности с тем, что система никак не сигнализирует о запуске цикла восстановления фильтра, водитель может не заметить произведение активного прожига, и продолжать двигаться в рваной манере. Тогда избыток топлива приводит к его попаданию в картер и повышению уровня масла. Разжиженную смазку придется срочно менять, а для сажевика либо остается последняя попытка активной регенерации, о чем говорит горящая лампа DPF, либо принудительный прожиг, если приборная сигнализация однорежимная.

Крайняя попытка активного прожига у каждого автомобиля производится по-разному:

1. Когда горит лампа DPF на первых VolksWagen с сажевым фильтром, необходимо в срочном порядке выехать на автомагистраль и двигаться на 4 или 5 передаче со скоростью не более 60 км/ч до момента, когда лампа потухнет (обычно это 30-40 минут непрерывного равномерного движения).
2. На новых Toyota Land Cruiser 200 дополнительно выводится сообщение, требующее остановиться и запустить процесс в «паркинге» с помощью специальной кнопки. Система самостоятельно проведет регенерацию в течение 20-30 минут, при этом оперировать педалью газа запрещено.

Последний шанс: принудительный прожиг дизельного сажевого фильтра штатными средствами

Процесс этот вынужденный, а программа его выполнения прописана в ЭБУ. Запускается он извне, в ручном режиме – чаще с помощью диагностического оборудования. Если коротко: через сервисную программу активируется особый режим работы мотора (закрытый EGR + послевпрыск + изменение геометрии турбокомпрессора), поднимаются обороты ХХ до 1 500-2 000 единиц и двигатель «коптит» в течение 20-30 минут на месте.

По сути, это и есть финальная попытка активной регенерации. Только, скажем, VolksWagen B6, предпочитает дать водителю шанс не посещать лишний раз сервис. Ну а Toyota сразу рекомендует запускать принудительный прожиг, причем никаких программных средств для этого не нужно – включил кнопку и пожалуйста.

Как удаляют фильтр?

Итак, сначала его снимают с машины. В нашем случае это уже сделано, и фильтр готов пережить все последующие процедуры. Точнее, не пережить, ибо сейчас его надо будет удалить из банки.

Для этого банку разрезают болгаркой. Теперь у нас с одной стороны остался катализатор, который трогать не будем, а с другой — сам фильтр. Последний удаляют двумя способами: выпрессовывают целиком или выдалбливают по кускам. Тут мы видим реализацию второго метода во всей красе.

Давайте рассмотрим извлечённый фрагмент. По цвету видно, что в начале он забит: ближе к началу выпуска он уже почти чёрный. Впрочем, сажа, которую можно собрать пальцем и с внутренней поверхности самой банки, и с поверхности фильтра, говорит о том же.

Теперь пустую банку заваривают. Это можно сделать аргоновой сваркой, можно  обычным “полуавтоматом”. Первый способ больше подходит богатым эстетам, ибо он долгий и дорогой, но шов получается красивым. Но необходимости варить именно аргоном нет, сварки “полуавтоматом” тут вполне достаточно. Главное — обработать потом шов средством против коррозии.

Всё, банка собрана. Некоторые предпочитают вместо неё поставить даунпайп — мол, пустая банка будет издавать неприятные звуки. На самом деле в силу конструкции дизеля звук работы не изменится, громче он не станет. Хотя, конечно, если клиент хочет, то почему бы и нет.

Теперь осталось установить банку на место и… заняться программированием.

Как мы помним, есть набор датчиков, которые контролируют работу фильтра. Физическое удаление фильтра изменит их показания, которые могут привести в ступор ЭБУ. Например, отсутствие разницы температур или давлений на входе и выходе заставит его усомниться в корректности работы датчиков или фильтра. И тогда опять появится ошибка, а возможно, и аварийный режим тоже.

И ещё не забываем про регенерацию. Даже если ЭБУ не станет запускать её по показаниям датчиков, он вполне способен сделать это из расчёта израсходованного топлива. Так как после такой “регенерации” пустой банки ничего в показаниях не изменится, блок управления может запускать её бесконечно. В конце концов, это опять приведёт к появлению ошибки в лучшем случае. В худшем — выпуск хорошенько “прожарится” высокой температурой, что тоже не очень хорошо и даже опасно. Наконец, не забываем о том, что для регенерации нужно дополнительное топливо. Наиболее лёгкое последствие — значительно повышенный расход топлива. А вот с тяжёлым лучше вообще не сталкиваться. Наступает оно тогда, когда солярка начинает попадать в масло, вследствие чего его концентрация в картере вырастает настолько, что масло становится уже не маслом, а вполне пригодным для дизеля топливом. Как вы знаете, искра для воспламенения дизелю не нужна, поэтому если мотор начнёт работать на смеси масла с топливом из картера, остановить его выключением зажигания не получится. И начнётся работа двигателя “в разнос”. Зрелище страшное, а для самого мотора такой режим обычно заканчивается именно тем самым разносом.

Но стоит отметить, что главная причина ухода в «разнос» — как раз не удаление сажевого фильтра, а именно его неисправность, из-за которой частые попытки регенерации приводят к повышению уровня масла. Разнос может наступить и при не удаленном фильтре. Впрочем, это тема для отдельного разговора. Пока только скажем, что такой исход при неправильно проведённой работе возможен, а снизить риск может контроль уровня масла. Если он выше нормы — это повод для опасений, и двигатель лучше не запускать вообще.

Одним словом, отключать фильтр в программе просто необходимо. Лучше всего, когда есть возможность просто отключить эту систему. Если свитча нет, то есть и другие способы, о которых говорить не будем — профессиональная тайна.

Ещё надо удалить ошибки сажевого фильтра, но при этом не затронуть всю систему диагностики. Некоторые не самые лучшие “специалисты” грохают всю диагностику, после чего владелец автомобиля ездит потом по другим СТО, где ни в чём не повинные сервисмены пляшут с бубном вокруг машины, которая говорит, что у неё в жизни всё ОК, но при этом не едет.

Последствия удаления

С точки зрения сохранности двигателя и его характеристик ничего отрицательного после удаления DPF не произойдёт. Но только при правильном выполнении всех процедур. Этого нельзя сказать об экологичности автомобиля. Несомненно, выхлоп станет грязнее, но тут есть целый ряд нюансов.

Вылетевшие в выхлопную трубу вещества никуда не исчезают. Образно работу катализаторов и сажевого фильтра сравнивают с умным пылесосом, который подвергает накопившийся мусор химической обработке, после чего выбрасывает полученные продукты наружу в только что очищенное помещение. Нельзя сказать, что это лучший способ, но иного пока не придумано.

Зато часто отсутствие сажевого фильтра способствует увеличению ресурса двигателя. Что тут лучше, а что хуже – решать должны законодатели, которые пока только обязали производителей ставить фильтры, но не во всех странах тщательно следят за их сохранностью.

Вместо заключения

Как вы уже поняли, удаление сажевого фильтра — практически единственный приемлемый способ избавиться от проблемы с этим устройством. И с одной стороны, он не так уж и сложен, но с другой — цена ошибки может быть очень велика.

И уж точно удаление будет дешевле установки нового фильтра (про аналоги говорить не будем, выше уже всё сказано). Правда, и за три копейки вряд ли кто-то выполнит эту работу хорошо, так что выбирать сервис нужно тщательно. Чтобы потом не было мучительно больно…

Ещё один приятный бонус: на моторах с сажевым фильтром необходимо применять специальное масло, которое так и называется — «Для двигателей, оснащенных сажевым фильтром». Оно существенно дороже, чем обычное. А вот после удаления можно лить и обычное.

Источник: skoda-rapid.ru